鄭 濤，陳 強，孔東東，秦怡如

（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

1 全天候輪胎概況

全天候輪胎又稱四季輪胎、全路面輪胎，適用于各種季節(jié)、氣候及路面條件[1]。米其林公司的一項調(diào)查結(jié)果顯示：即使有明確的數(shù)據(jù)證明冬季輪胎的益處，大部分駕乘者仍因麻煩而不愿意更換輪胎；超過40%的駕駛者認為根據(jù)氣候更換輪胎非常不便；在德國3%車輛全年使用冬季輪胎，在法國該比例為7%。在除冬季外的其他季節(jié)使用冬季輪胎會影響汽車的干地操縱性能，尤其在炎熱天氣中使用冬季輪胎還會增大汽車的油耗。

為此，米其林率先研發(fā)了全天候輪胎，其綜合了夏季輪胎和冬季輪胎的優(yōu)點，既具有較好的干地操縱性能、燃油經(jīng)濟性以及較長的使用壽命，又具有優(yōu)異的雪地路面牽引性能和制動性能，并獲得雪山標識認證。其他輪胎企業(yè)也相繼推出各自的全天候輪胎產(chǎn)品，如普利司通公司的Weather Control A005輪胎（見圖1）和大陸公司的All Season Contact輪胎（見圖2）等。

圖1 普利司通Weather Control A005輪胎

圖2 大陸All Season Contact輪胎

山東豐源輪胎制造股份有限公司（以下簡稱豐源輪胎）成功開發(fā)出全新的全天候輪胎，完美地保證了駕乘者在不同季節(jié)的體驗，其特點如下。

（1）春季氣溫回升，輪胎胎壓慢慢上升，不僅影響輪胎的抓著性能，而且雨水增多，輪胎濕地行駛性能也面臨著考驗。豐源輪胎開發(fā)的ARCRON全天候輪胎采用特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司（TTA）先進的輪胎設(shè)計云平臺、全溶聚丁苯橡膠＋全白炭黑配方體系以及先進的一次法混煉工藝，輪胎的抗?jié)窕阅芎妥ブ阅芴岣摺?/p>

（2）夏季路面滾燙，輪胎受到高溫的考驗。豐源輪胎全天候輪胎利用TTA輪胎設(shè)計云平臺創(chuàng)建了獨特的切角設(shè)計，保證花紋塊的剛性，同時嚴格控制高溫下原材料和生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，提高了輪胎的制動性能和牽引性能。同時夏季暴雨頻繁，路面易積水，仿生V形花紋能夠大幅提高輪胎的排水性能，保證輪胎的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

（3）秋季天氣轉(zhuǎn)涼，輪胎胎壓慢慢降低。全天候輪胎采用先進的煉膠工藝和配方設(shè)計，保持胎面膠的柔軟性；互鎖式花紋設(shè)計大大提高了輪胎的抓著性能和高速行駛穩(wěn)定性；雙層胎面結(jié)構(gòu)和多節(jié)距花紋塊分布優(yōu)化設(shè)計能夠在提高駕乘舒適性的同時降低油耗。

（4）冬季是最考驗輪胎性能的季節(jié)，普通輪胎在冰雪天氣操縱性能變差，極易出現(xiàn)打滑和翻轉(zhuǎn)等問題。豐源輪胎全天候輪胎寬大的仿生V形花紋設(shè)計大大提高了輪胎濕路面抓著力和雪地牽引性能；中央花紋塊周向連續(xù)的一體式設(shè)計進一步提高了輪胎操縱性能和直線行駛穩(wěn)定性；胎面導電膠條可實現(xiàn)防靜電功能。該輪胎憑借超強的性能，已通過芬蘭Test World嚴苛的雪地測試。

本工作主要介紹225/40R18全天候低斷面半鋼子午線輪胎的設(shè)計情況。

2 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》、歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標準手冊（ETRTO）2018和美國輪胎輪輞協(xié)會標準年鑒（TRA）2016，確定225/40R18全天候低斷面半鋼子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標準輪輞RIM 8J，充氣外直徑（D′）630（620～645） mm，充氣斷面寬（B′）240（230～245） mm，標準充氣壓力340 kPa，標準負荷630 kg，速度級別V。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

在全天候輪胎冠部，為了防止胎冠部位胎體伸張，采用冠帶層（包含帶束層及冠帶條）周向箍緊胎體，因此輪胎充氣后的外直徑膨脹率（D′/D）較小[1-3]。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，本設(shè)計D取629 mm，D′取630 mm，D′/D為1.001 6 。

本設(shè)計胎體骨架材料選用高模量低收縮聚酯簾線，胎側(cè)雖然柔軟但膨脹率小，輪胎充氣后斷面變化很小。本設(shè)計B′取240 mm，B取242 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.991 7。

3.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

根據(jù)全天候輪胎實際使用時的車輛行駛速度、車輛載荷、道路狀況等特點，本設(shè)計b取較大值，以增大輪胎與路面的接觸面積，減小單位面積接地壓力，從而提高牽引性能和負荷性能[1]。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，b的取值與h的取值相關(guān)，b取較小值時，h一般取較小值；b取較大值時，h一般取較大值。適當調(diào)整b與h的取值，可以均衡胎冠接地壓力，優(yōu)化輪胎接地面積形狀與大小，提高輪胎的耐磨性能和牽引性能。綜合考慮，本設(shè)計b取190 mm，h取5.6 mm。

3.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

設(shè)計時輪胎胎圈與輪輞的間隙越小越好，主要目的是使胎圈與輪輞緊密配合，但考慮到輪胎裝卸的方便性，胎圈與輪輞的間隙不能過小。本設(shè)計d取456.5 mm，比輪輞名義直徑小0.5 mm。為了降低胎側(cè)剛性、改善輪胎的乘坐舒適性，本設(shè)計C取220 mm。

3.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬點，是子午線輪胎胎體最薄的位置，也是輪胎充氣后法向變形最大的位置。由于子午線輪胎胎體簾線呈徑向排列，鋼絲圈受力較大，故斷面水平軸上移可以減小下胎側(cè)區(qū)域和胎圈部位的應力[2-3]。綜合以上因素以及低斷面子午線輪胎的特點，本設(shè)計H1/H2取1.023 9。

輪胎斷面輪廓如圖3所示。

圖3 輪胎斷面輪廓示意

3.5 胎面花紋

胎面采用ALL CLIMATE AC型花紋。該花紋為變節(jié)距花紋，分為長型花紋X，Y和短型花紋Q，花紋節(jié)數(shù)分別為23，20，17，共60個。設(shè)計3條花紋溝，花紋塊驅(qū)動性能和耐磨性能好，利于散熱，輪胎具有優(yōu)異的操縱性能。胎肩部位使用低生熱膠料配方，同時兼顧夏季輪胎和冬季輪胎的使用要求。本設(shè)計花紋飽和度為68.18%，花紋深度為7.5 mm。輪胎胎面花紋展開如圖4所示。

圖4 輪胎胎面花紋展開示意

4 施工設(shè)計

4.1 胎面和胎側(cè)

根據(jù)全天候輪胎的實際使用工況，本設(shè)計輪胎胎面采用全分層設(shè)計，胎面上層膠主要保證抗?jié)窕阅?，胎面下層膠主要保證滾動阻力性能。上下層胎面膠的配方組合可以兼顧抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力性能。

胎側(cè)采用桂林橡膠設(shè)計院有限公司生產(chǎn)的三復合螺桿擠出機擠出。本設(shè)計胎側(cè)半部件為3層復合結(jié)構(gòu)（胎側(cè)膠/胎圈膠/膠片），確保了從鋼絲圈部位到胎側(cè)部位剛性的完美過渡。

4.2 胎體

本設(shè)計胎體骨架材料選擇傳統(tǒng)規(guī)格的高模量低收縮聚酯簾線，壓延密度為115根·dm-1，壓延厚度為1.15 mm，采用1層胎體結(jié)構(gòu)，胎體安全倍數(shù)為8.0。胎體簾線變形率小，壓延過程中的滲膠性能好，可為輪胎提供較強的支撐能力。

4.3 帶束層

本設(shè)計帶束層采用2層帶束層加1層冠帶層的結(jié)構(gòu)，其特點是高速性能和耐磨性能優(yōu)異，適用于全天候系列產(chǎn)品。在輪胎行駛過程中，帶束層起箍緊胎體的作用，可以減小輪胎在運動過程中的周向變形，保持輪胎尺寸穩(wěn)定性，還可以提高輪胎的耐磨性能和操縱性能等。冠帶層為保護層，具有較強的抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層脫空，延長輪胎的使用壽命，提高輪胎翻新率。本設(shè)計2層帶束層均采用3×0.30HT高滲透性鋼絲簾線，冠帶層采用錦綸66簾線。

4.4 胎圈

鋼絲圈為斜六角形結(jié)構(gòu)，采用直徑為1.295 mm的鍍鋅銅回火高強度胎圈鋼絲，覆膠后單根鋼絲直徑為1.60 mm。鋼絲圈安全倍數(shù)為7.9。

4.5 成型

成型采用荷蘭VMI公司生產(chǎn)的一次法成型機，機頭直徑為442 mm，定型寬度為270 mm。成型過程中各半部件貼合密實，保證輪胎的動平衡性能和均勻性。

4.6 硫化

硫化采用韓國東和公司的液壓硫化機，氮氣硫化工藝。硫化條件為：一次定型氮氣壓力0.05～0.06 MPa，二次定型氮氣壓力0.07～0.08 MPa，高壓蒸汽壓力（1.6±0.1）MPa，高壓氮氣壓力（2.1±0.1） MPa，硫化溫度175 ℃，總硫化時間11.1 min。氮氣硫化工藝的蒸汽消耗比傳統(tǒng)過熱水循環(huán)硫化工藝節(jié)省約80%，節(jié)能效果顯著。

5 成品性能

5.1 外緣尺寸

輪胎外緣尺寸按照Q/B W01—2017《輪胎外緣尺寸測量方法》進行測試。結(jié)果表明，安裝于標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下的D′和B′分別為630和240 mm，符合設(shè)計要求。

5.2 強度性能

強度性能按照Q/B QP 01—2017《轎車子午線輪胎強度試驗方法》進行測試。結(jié)果表明，第1點至第5點壓頭均觸及輪輞但未壓穿，第5點破壞能為241.9 J。成品輪胎強度性能符合設(shè)計要求。

5.3 耐久性能

成品輪胎耐久性能按照Q/B NP 01—2017《轎車子午線輪胎耐久性能試驗方法》進行測試，輪胎充氣壓力為220 kPa，測試結(jié)果如表1所示。

由表1可知，輪胎累計行駛時間為54 h，試驗結(jié)束時輪胎未損壞。成品輪胎耐久性能符合設(shè)計要求。

表1 成品輪胎耐久性能測試結(jié)果

5.4 高速性能

成品輪胎高速性能按照Q/B GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗方法》進行測試，輪胎充氣壓力為340 kPa，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 成品輪胎高速性能測試結(jié)果

從表2可以得出，輪胎累計行駛時間為110 min，試驗結(jié)束時輪胎未損壞。成品輪胎高速性能符合設(shè)計要求。

5.5 抗?jié)窕阅芗皾L動阻力

成品輪胎外送德國TUV Rheinland認證，測試結(jié)果表明：濕地抓著力指數(shù)[Wet grip index G（T）]為1.28，抗?jié)窕阅苓_到C級；平均減速度（Average deceleration）為6.672 m·s-2，滾動阻力性能達到B級。

6 結(jié)語

本設(shè)計225/40R18全天候低斷面半鋼子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能和高速性能均達到設(shè)計要求。該產(chǎn)品自投產(chǎn)以來，得到了廣大經(jīng)銷商和車主的一致認可，為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。